CN113603979A - 一种耐候性聚氯乙烯管材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及聚氯乙烯管材技术领域，尤其涉及一种耐候性聚氯乙烯管材及其制备方法，包括以下重量份的原料：聚氯乙烯树脂80‑100份、聚酰亚胺0.05‑0.2份、热稳定剂1‑5份、耐候剂10‑40份、增韧剂1‑6份、润滑剂3‑10份、偶联剂0.2‑3份。本发明的目的是使聚氯乙烯管材不仅具有良好的耐候性能，还具有优良的机械性能。
Description
技术领域
本发明涉及聚氯乙烯管材技术领域，尤其涉及一种耐候性聚氯乙烯管材及其制备方法。
背景技术
在建筑系统中，塑料管材具有耐腐蚀、成本低、易安装、密封性能好等特点，在我国得到了大量应用，替代传统的铸铁管材已是大势所趋。聚氯乙烯(PVC)为无定形结构的白色粉末，支化度较小，工业生产的PVC分子量一般在5万～12万范围内，无固定熔点，80～85℃开始软化，130℃变为粘弹态，160～180℃开始转变为粘流态，有较好的机械性能，抗张强度60MPa左右，冲击强度5～10kJ/m 2，有优异的介电性能和阻燃性，对有机和无机酸、碱、盐均稳定，其生产出来的管材由于其具有强度高、价格较低等优点，得到广泛的应用。
聚氯乙烯管材主要用于排水管，但排水管一般直接暴露在外，受到阳光、风雨、气候变化等因素的影响很容易老化，导致管材变色、褪色以及机械性能逐渐下降，影响管材的寿命以及使用效果。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种耐候性聚氯乙烯管材及其制备方法，使聚氯乙烯管材不仅具有良好的耐候性能，还具有优良的机械性能。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
一种耐候性聚氯乙烯管材，包括以下重量份的原料：聚氯乙烯树脂80-100份、聚酰亚胺0.05-0.2份、热稳定剂1-5份、耐候剂10-40份、增韧剂1-6份、润滑剂3-10份、偶联剂0.2-3份。
进一步，所述聚氯乙烯管材包括以下重量份的原料：聚氯乙烯树脂80-100份、聚酰亚胺0.08-0.15份、热稳定剂2-4份、耐候剂20-30份、增韧剂2-4份、润滑剂4-8份、偶联剂0.5-2份。
进一步，所述热稳定剂为有机锡稳定剂或钙锌稳定剂。
进一步，增韧剂为聚烯烃弹性体和ACR，所述聚烯烃弹性体和ACR的重量比为：(2-5.5)：(4-8)。
进一步，所述润滑剂为硬质酸、石蜡、微晶蜡、聚乙烯蜡或氧化聚乙烯蜡中的任一种或几种的混合物。
进一步，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂，所述钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂的质量比为2:0.5。
进一步，所述耐候剂包括硅酸钙粉末、纳米氧化铝、炭黑和钛酸酯偶联剂，所述耐候剂的制备方法如下：将炭黑和纳米氧化铝置于容器中，加入去离子水，超声1-3H，超声完成后，加入钛酸酯偶联剂和硅酸钙粉末，继续超声2-5H，超声完成后，抽滤，得到滤饼，将滤饼置于干燥器内，于50-70℃的条件下，干燥3-5H，干燥完成后，置于研磨机内磨粉，研磨完成后，过200目筛，筛分后得到耐候剂。
硅酸钙粉末作为PVC填充剂时，不仅具备良好的耐化学、耐湿性能，还能降低成型收缩率，并使PVC管材成品具有优良的尺寸稳定性、韧性、硬度、电和热的绝缘性。将纳米氧化铝与炭黑混合，通过超声震荡使纳米氧化铝被吸附在炭黑的孔隙内，将纳米氧化铝和炭黑作为抗紫外线剂以及填充剂，再通过钛酸酯偶联剂将纳米氧化铝交联在炭黑上，将硅酸钙与纳米氧化铝以及炭黑交联，构成耐候剂，使耐候剂不仅能够能够抗紫外线还能够作为填充剂使用，使PVC管材在使用时，不仅能够将紫外线吸收，还能够将紫外线反射，增加抗紫外线作用，同时，提升PVC管材的尺寸稳定性、韧性、硬度，避免单独加入抗紫外线剂或光屏蔽剂导致成本上升。
进一步，所述硅酸钙粉末、纳米氧化铝、炭黑和钛酸酯偶联剂的质量比为6:8:5:2。
本发明还公开了一种耐候性聚氯乙烯管材的制备方法，包括以下步骤：
将聚氯乙烯树脂投入高速混料机中，于100-110℃的条件下搅拌5-10min，加入聚酰亚胺继续搅拌5-8min，加入耐候剂、增韧剂、偶联剂、热稳定剂于160-170℃的条件下搅拌10-20min，搅拌均匀后加入润滑剂，继续搅拌3-5min后，转入挤出机中塑化，设置主机温度175-190℃，模具温度180-200℃，挤出成型，冷却、定型，得到耐候性聚氯乙烯管。
聚酰亚胺具有优良的热稳定性，能够耐高低温，具备良好的机械性能，具有很高的耐辐射性能以及具有自熄性、发烟率低等效果，通过在制备聚氯乙烯管材时，添加聚酰亚胺和耐候剂，使聚酰亚胺和耐候剂能够协同耐候，同时，能够协同提升PVC管材的机械性能，从而延长PVC管材的使用寿命。
在聚酰亚胺使用的过程中，通过加入放热催化剂，降低聚酰亚胺的熔融温度，使聚酰亚胺和PVC树脂熔融共混，进一步提升PVC管材的机械性能和耐辐射性能，使聚酰亚胺和耐候剂的协同效果更强。其中放热催化剂为生石灰和水，在使用时，将聚酰亚胺置于水中，充分搅拌，搅拌之后，加入高纯度的生石灰粉末，使整个溶液温度上升至100℃左右，能够降低聚酰亚胺的熔融温度50左右，使聚酰亚胺与PVC树脂能够熔融共混，而不是单纯的混合。
本发明的有益效果：本发明通过将聚酰亚胺加入PVC树脂中熔融共混挤出，加强PVC管材的机械性能和热稳定性以及耐辐射性能，再加入耐候剂，能够与聚酰亚胺协同增强PVC管材的耐候性和机械性能；再通过将填充剂制备成耐候剂，不仅使耐候剂起到了填充作用，还节约了成本。
具体实施方式
以下将通过具体实施例对本发明进行详细说明：
实施例1，耐候剂的制备一
耐候剂包括以下原料：硅酸钙粉末、纳米氧化铝、炭黑和钛酸酯偶联剂。
将5kg的炭黑N660和8kg的纳米氧化铝置于容器中，加入去离子水30L，超声波震荡1H，超声完成后，加入2kg的钛酸酯偶联剂和6kg的硅酸钙粉末，继续超声2H，超声完成后，抽滤，去掉大部分水分，得到滤饼，将滤饼置于干燥器内，于70℃的条件下干燥3H，干燥完成后，置于大型研磨机中或小型研磨机中分批次研磨、粉碎，研磨至200目以下，通过研磨，将交联后的板结耐候剂粉碎，通过物理研磨，不会使交联后的耐候剂性能被破坏。研磨完成后，再次过200目筛，将直径过大的颗粒筛选出来，再次研磨、筛分后得到耐候剂。
实施例2，耐候剂的制备二
耐候剂包括以下原料：硅酸钙粉末、纳米氧化铝、炭黑和钛酸酯偶联剂。
将10kg的炭黑N660和16kg的纳米氧化铝置于容器中，加入去离子水50L，超声波震荡2H，超声完成后，加入4kg的钛酸酯偶联剂和12kg的硅酸钙粉末，继续超声4H，超声完成后，抽滤，去掉大部分水分，得到滤饼，将滤饼置于干燥器内，于60℃的条件下干燥4H，干燥完成后，置于大型研磨机中或小型研磨机中分批次研磨、粉碎，研磨至200目以下，通过研磨，将交联后的板结耐候剂粉碎，通过物理研磨，不会使交联后的耐候剂性能被破坏。研磨完成后，再次过200目筛，将直径过大的颗粒筛选出来，再次研磨、筛分后得到耐候剂。
实施例3，耐候剂的制备三
耐候剂包括以下原料：硅酸钙粉末、纳米氧化铝、炭黑和钛酸酯偶联剂。
将15kg的炭黑N660和24kg的纳米氧化铝置于容器中，加入去离子水70L，超声波震荡3H，超声完成后，加入6kg的钛酸酯偶联剂和18kg的硅酸钙粉末，继续超声5H，超声完成后，抽滤，去掉大部分水分，得到滤饼，将滤饼置于干燥器内，于50℃的条件下干燥5H，干燥完成后，置于大型研磨机中或小型研磨机中分批次研磨、粉碎，研磨至200目以下，通过研磨，将交联后的板结耐候剂粉碎，通过物理研磨，不会使交联后的耐候剂性能被破坏。研磨完成后，再次过200目筛，将直径过大的颗粒筛选出来，再次研磨、筛分后得到耐候剂。
实施例4，聚氯乙烯管材的制备一
聚氯乙烯管材包括以下原料：聚氯乙烯树脂、聚酰亚胺、钙锌稳定剂、耐候剂、聚烯烃弹性体、ACR、微晶蜡和硅烷偶联剂。
将80质量份的聚氯乙烯树脂投入高速混料机中，于100℃的条件下，以2500r/min的转速下搅拌10min，在聚氯乙烯树脂的搅拌过程中，将0.08质量份的聚酰亚胺置于去离子水中，搅拌均匀后，加入6质量份的高纯度生石灰，边加边搅拌，用温度计测温，当整个溶液的温度上升到100℃左右时，将其加入高速混料机中，继续搅拌5min，加入20质量份的耐候剂、2质量份的聚烯烃弹性体和ACR的混合物、2质量份的钙锌稳定剂和0.5质量份的硅烷偶联剂，于160℃的条件下搅拌20min，搅拌均匀后加入4质量份的微晶蜡，继续搅拌3min后，转入挤出机中塑料，设置主机温度为175℃，模具温度为180℃，挤出成型，冷却至60℃，定型，再次冷却至常温，得到耐候性聚氯乙烯管。
实施例5，聚氯乙烯管材的制备二
聚氯乙烯管材包括以下原料：聚氯乙烯树脂、聚酰亚胺、钙锌稳定剂、耐候剂、聚烯烃弹性体、ACR、微晶蜡和硅烷偶联剂。
将100质量份的聚氯乙烯树脂投入高速混料机中，于100℃的条件下，以2500r/min的转速下搅拌10min，在聚氯乙烯树脂的搅拌过程中，将0.1质量份的聚酰亚胺置于去离子水中，搅拌均匀后，加入8质量份的高纯度生石灰，边加边搅拌，用温度计测温，当整个溶液的温度上升到100℃左右时，将其加入高速混料机中，继续搅拌8min，加入30质量份的耐候剂、3质量份的聚烯烃弹性体和ACR的混合物、3质量份的钙锌稳定剂和1质量份的硅烷偶联剂，于165℃的条件下搅拌17min，搅拌均匀后加入6质量份的微晶蜡，继续搅拌4min后，转入挤出机中塑料，设置主机温度为180℃，模具温度为185℃，挤出成型，冷却至60℃，定型，再次冷却至常温，得到耐候性聚氯乙烯管。
实施例6，聚氯乙烯管材的制备三
聚氯乙烯管材包括以下原料：聚氯乙烯树脂、聚酰亚胺、钙锌稳定剂、耐候剂、聚烯烃弹性体、ACR、微晶蜡和硅烷偶联剂。
将100质量份的聚氯乙烯树脂投入高速混料机中，于100℃的条件下，以2500r/min的转速下搅拌10min，在聚氯乙烯树脂的搅拌过程中，将0.15质量份的聚酰亚胺置于去离子水中，搅拌均匀后，加入10质量份的高纯度生石灰，边加边搅拌，用温度计测温，当整个溶液的温度上升到100℃左右时，将其加入高速混料机中，继续搅拌10min，加入40质量份的耐候剂、4质量份的聚烯烃弹性体和ACR的混合物、4质量份的钙锌稳定剂和2质量份的硅烷偶联剂，于170℃的条件下搅拌13min，搅拌均匀后加入8质量份的微晶蜡，继续搅拌5min后，转入挤出机中塑料，设置主机温度为185℃，模具温度为190℃，挤出成型，冷却至60℃，定型，再次冷却至常温，得到耐候性聚氯乙烯管。
实施例7(对比实施例1)，聚氯乙烯管材的制备四
聚氯乙烯管材包括以下原料：聚氯乙烯树脂、钙锌稳定剂、耐候剂、聚烯烃弹性体、ACR、微晶蜡和硅烷偶联剂。
将100质量份的聚氯乙烯树脂投入高速混料机中，于100℃的条件下，以2500r/min的转速下搅拌10min，加入30质量份的耐候剂、3质量份的聚烯烃弹性体和ACR的混合物、3质量份的钙锌稳定剂和1质量份的硅烷偶联剂，于165℃的条件下搅拌17min，搅拌均匀后加入6质量份的微晶蜡，继续搅拌4min后，转入挤出机中塑料，设置主机温度为180℃，模具温度为185℃，挤出成型，冷却至60℃，定型，再次冷却至常温，得到耐候性聚氯乙烯管。
实施例8(对比实施例2)，聚氯乙烯管材的制备五
聚氯乙烯管材包括以下原料：聚氯乙烯树脂、聚酰亚胺、钙锌稳定剂、硅酸钙、聚烯烃弹性体、ACR、微晶蜡和硅烷偶联剂。
将100质量份的聚氯乙烯树脂投入高速混料机中，于100℃的条件下，以2500r/min的转速下搅拌10min，在聚氯乙烯树脂的搅拌过程中，将0.1质量份的聚酰亚胺置于去离子水中，搅拌均匀后，加入8质量份的高纯度生石灰，边加边搅拌，用温度计测温，当整个溶液的温度上升到100℃左右时，将其加入高速混料机中，继续搅拌8min，加入30质量份的硅酸钙、3质量份的聚烯烃弹性体和ACR的混合物、3质量份的钙锌稳定剂和1质量份的硅烷偶联剂，于165℃的条件下搅拌17min，搅拌均匀后加入6质量份的微晶蜡，继续搅拌4min后，转入挤出机中塑料，设置主机温度为185℃，模具温度为190℃，挤出成型，冷却至60℃，定型，再次冷却至常温，得到耐候性聚氯乙烯管。
实施例9(对比实施例3)，聚氯乙烯管材的制备六
聚氯乙烯管材包括以下原料：聚氯乙烯树脂、聚酰亚胺、钙锌稳定剂、纳米氧化铝、炭黑、钛酸酯偶联剂、聚烯烃弹性体、ACR、微晶蜡和硅烷偶联剂。
将10kg的炭黑N660和16kg的纳米氧化铝置于容器中，加入去离子水50L，超声波震荡2H，超声完成后，加入4kg的钛酸酯偶联剂，继续超声4H，超声完成后，抽滤，去掉大部分水分，得到滤饼，将滤饼置于干燥器内，于60℃的条件下干燥4H，干燥完成后，置于大型研磨机中或小型研磨机中分批次研磨、粉碎，研磨至200目以下，研磨完成后，再次过200目筛，将直径过大的颗粒筛选出来，再次研磨、筛分后得到纳米氧化铝和炭黑的混合物。
将100质量份的聚氯乙烯树脂投入高速混料机中，于100℃的条件下，以2500r/min的转速下搅拌10min，在聚氯乙烯树脂的搅拌过程中，将0.1质量份的聚酰亚胺置于去离子水中，搅拌均匀后，加入8质量份的高纯度生石灰，边加边搅拌，用温度计测温，当整个溶液的温度上升到100℃左右时，将其加入高速混料机中，继续搅拌8min，加入30质量份的纳米氧化铝和炭黑的混合物、3质量份的聚烯烃弹性体和ACR的混合物、3质量份的钙锌稳定剂和1质量份的硅烷偶联剂，于165℃的条件下搅拌17min，搅拌均匀后加入6质量份的微晶蜡，继续搅拌4min后，转入挤出机中塑料，设置主机温度为180℃，模具温度为185℃，挤出成型，冷却至60℃，定型，再次冷却至常温，得到耐候性聚氯乙烯管。
通过对实施例4-9制备出的聚氯乙烯管材进行耐老化测试、缺口冲击测试和拉伸强度测试，试验结果如表1-2所示：
表1
表2
实施例4-6制备出的聚氯乙烯管材均有较好的耐老化、耐冲击性和拉伸强度，耐老化测试后，实施例4-6制备出的聚氯乙烯管材均没有出现肉眼可见的褪色、变色以及龟裂的情况，其中实施例5制备出的聚氯乙烯管材的耐冲击性和拉伸强度更好，说明添加聚酰亚胺的量过多或过少，均会影响聚氯乙烯管材的耐冲击强度和拉伸强度。
对实施例4-6进行耐老化测试后，再进行缺口冲击测试和拉伸强度测试，测试结果如表3所示：
表3
实施例5制备出聚氯乙烯管材耐冲击性能和拉伸强度最好。
通过表1-2可知，实施例7制备出的聚氯乙烯管材与实施例5制备出的聚氯乙烯管材相比，也具有较强的耐候性，但在1000H后，出现了轻微的色差变化，同时，耐冲击性和拉伸强度相对较差，说明加入的耐候剂具有耐老化的作用，使聚氯乙烯管材具有更强的耐老化性能、耐冲击性能和拉伸强度。
实施例8制备出的聚氯乙烯管材与实施例5制备出的聚氯乙烯管材相比，具有一定的耐候性，但在750H后，出现了轻微的色差变化，耐冲击性能和拉伸强度也相对降低，说明单独加入聚酰亚胺作为耐候剂以及硅酸钙作为填充剂时，聚酰亚胺和硅酸钙虽然增加了一定的耐候性，但协同耐老化的作用更弱。耐冲击性和拉伸强度虽然有一定的提升，但提升效果比实施例5的提升效果相对降低。
实施例9制备出的聚氯乙烯管材与实施例5制备出的聚氯乙烯管材相比，耐候性能差别微小，在1000H后，均没有出现肉眼可见的色差变化，说明聚酰亚胺和纳米氧化铝以及炭黑的混合物协同耐老化作用更强，但耐冲击性能和拉伸强度也相对降低，但对实施例8制备出的聚氯乙烯管材耐冲击性能和拉伸强度更强一些，说明加入硅酸钙、纳米氧化铝和炭黑以及聚酰亚胺作为耐候剂能够协同增强耐老化性以及机械性能，能够增强聚氯乙烯管材的使用寿命。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (9)
1.一种耐候性聚氯乙烯管材，其特征在于，包括以下重量份的原料：聚氯乙烯树脂80-100份、聚酰亚胺0.05-0.2份、热稳定剂1-5份、耐候剂10-40份、增韧剂1-6份、润滑剂3-10份、偶联剂0.2-3份。
2.根据权利要求1所述的一种耐候性聚氯乙烯管材，其特征在于，所述聚氯乙烯管材包括以下重量份的原料：聚氯乙烯树脂80-100份、聚酰亚胺0.08-0.15份、热稳定剂2-4份、耐候剂20-30份、增韧剂2-4份、润滑剂4-8份、偶联剂0.5-2份。
3.根据权利要求2所述的一种耐候性聚氯乙烯管材，其特征在于，所述热稳定剂为有机锡稳定剂或钙锌稳定剂。
4.根据权利要求3所述的一种耐候性聚氯乙烯管材，其特征在于，所述增韧剂为聚烯烃弹性体和ACR，所述聚烯烃弹性体和ACR的重量比为：(2-5.5)：(4-8)。
5.根据权利要求4所述的一种耐候性聚氯乙烯管材，其特征在于，所述润滑剂为硬质酸、石蜡、微晶蜡、聚乙烯蜡或氧化聚乙烯蜡中的任一种或几种的混合物。
6.根据权利要求5所述的一种耐候性聚氯乙烯管材，其特征在于，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂，所述钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂的质量比为2:0.5。
7.根据权利要求6所述的一种耐候性聚氯乙烯管材，其特征在于，所述耐候剂包括硅酸钙粉末、纳米氧化铝、炭黑和钛酸酯偶联剂，所述耐候剂的制备方法如下：将炭黑和纳米氧化铝置于容器中，加入去离子水，超声1-3H，超声完成后，加入钛酸酯偶联剂和硅酸钙粉末，继续超声2-5H，超声完成后，抽滤，得到滤饼，将滤饼置于干燥器内，于50-70℃的条件下，干燥3-5H，干燥完成后，置于研磨机内磨粉，研磨完成后，过200目筛，筛分后得到耐候剂。
8.根据权利要求7所述的一种耐候性聚氯乙烯管材，其特征在于，所述硅酸钙粉末、纳米氧化铝、炭黑和钛酸酯偶联剂的质量比为6:8:5:2。
9.根据权利要求1-8任一所述的一种耐候性聚氯乙烯管材的制备方法，其特征在于，所述聚氯乙烯管材的制备方法如下：将聚氯乙烯树脂投入高速混料机中，于100-110℃的条件下搅拌5-10min，加入聚酰亚胺继续搅拌5-8min，加入耐候剂、增韧剂、偶联剂、热稳定剂于160-170℃的条件下搅拌10-20min，搅拌均匀后加入润滑剂，继续搅拌3-5min后，转入挤出机中塑化，设置主机温度175-190℃，模具温度180-200℃，挤出成型，冷却、定型，得到耐候性聚氯乙烯管。
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Cited By (1)
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| CN114410035A (zh) * | 2022-03-16 | 2022-04-29 | 图方便（苏州）环保科技有限公司 | 一种抗老化阻燃管道材料及其制备方法 |
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- 2021-06-25 CN CN202110714425.9A patent/CN113603979A/zh active Pending
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